高杰 營(yíng)口（新世紀(jì)）集裝箱碼頭有限公司

近幾年國(guó)內(nèi)航運(yùn)發(fā)展，集裝箱運(yùn)量激增，碼頭堆場(chǎng)普遍較大。為滿足夜間照明需求，高桿燈及設(shè)備照明數(shù)量多、分布廣，高桿燈的用電量也較大，若對(duì)高桿燈照明能夠進(jìn)行有效的控制和管理，可以降低較多的電能消耗。配置高桿燈集中控制系統(tǒng)后在夜間作業(yè)時(shí)，高桿燈打開(kāi)，工作結(jié)束后關(guān)閉或半開(kāi)半閉；通過(guò)自動(dòng)或人工干預(yù)開(kāi)關(guān)燈，在保證作業(yè)照明需要的同時(shí)節(jié)約電能。下面就通過(guò)高桿燈的幾種不同的控制方式對(duì)高桿燈集中控制系統(tǒng)進(jìn)行一下探討。

一、采用時(shí)間繼電器或光電開(kāi)關(guān)控制

（一）采用時(shí)間繼電器控制。

采用時(shí)間繼電器的控制方式多用于20世紀(jì)90年代后的燈光控制。該方案優(yōu)點(diǎn)是：原理簡(jiǎn)單，成本低。只需在高桿燈供電動(dòng)力柜內(nèi)安裝時(shí)間繼電器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)高桿燈的控制，控制方式簡(jiǎn)單。②無(wú)需為控制高桿燈鋪設(shè)專(zhuān)用電纜，直接對(duì)高桿燈供電動(dòng)力回路進(jìn)行接通或切斷控制，即可完成對(duì)高桿燈的控制。③系統(tǒng)維護(hù)成本低，如果有器件損壞，直接在動(dòng)力柜內(nèi)即可完成對(duì)控制元件的更換。

該方案雖然具有以上的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)也是不容忽視的：a）功能單一。該控制方式，只能完成對(duì)高桿燈的供電電源控制，無(wú)法檢測(cè)每一路高桿燈的運(yùn)行狀況。b）控制方式不靈活。通過(guò)調(diào)整時(shí)間繼電器的閉合與斷開(kāi)延遲時(shí)間，完成對(duì)高桿燈的控制，因時(shí)間需要對(duì)繼電器定時(shí)功能手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，過(guò)程煩瑣。雖然現(xiàn)在有經(jīng)緯度時(shí)控產(chǎn)品減少手動(dòng)調(diào)整的煩惱，但仍然存在各種誤差，造成困擾。

（二）采用光電開(kāi)關(guān)的控制方式

采用光敏器件的控制方式的基本原理是，通過(guò)光敏器件來(lái)檢測(cè)當(dāng)前光線情況，根據(jù)事先設(shè)定的閾值，當(dāng)光照條件不足時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟高桿燈。但這個(gè)系統(tǒng)存在很多缺點(diǎn)：如系統(tǒng)不穩(wěn)定，遇到遮擋物會(huì)誤動(dòng)作，光敏元件衰減后也會(huì)造成燈桿誤動(dòng)作。同時(shí)由于維修檢查不方便，需要專(zhuān)業(yè)的電子技術(shù)進(jìn)行維修，浪費(fèi)較多人力物力。

二、通過(guò)PLC進(jìn)行控制

隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，PLC產(chǎn)品價(jià)格逐漸下降，PLC控制方式鄭逐步取代時(shí)間繼電器控制和光電開(kāi)關(guān)控制方式。常用的方式是，在每座高桿燈的配電箱內(nèi)或在多個(gè)集中控制箱安裝自動(dòng)控制模塊，通常是PLC。可將燈泡分為幾組進(jìn)行控制，控制方式可選擇手動(dòng)控制、遠(yuǎn)方控制，在遠(yuǎn)方控制方式下，也可選擇自動(dòng)控制。其最大的優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，特別是對(duì)先前集中照明控制沒(méi)有采用智慧控制的老碼頭。通過(guò)這總方式可方便快捷的實(shí)現(xiàn)高桿燈自動(dòng)控制，并且通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控軟件設(shè)置可根據(jù)碼頭工作狀態(tài)對(duì)高桿燈自由分組控制，實(shí)現(xiàn)高桿燈全亮、部分亮等各種照明方式。

這種方式實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，但也具有較為明顯的自身缺陷。對(duì)PLC、通訊、配電箱的都有特殊要求。根據(jù)電子元件的使用要求，PLC無(wú)法適應(yīng)高溫、潮濕、多雷擊的環(huán)境，配電箱的箱體結(jié)構(gòu)也需要防水、防塵、防高溫。由于高桿燈之間的距離相隔較遠(yuǎn)，裝置之間的通訊聯(lián)網(wǎng)，以及智能裝置與監(jiān)控裝置之間實(shí)現(xiàn)起來(lái)有一定困難，考慮到傳輸距離、碼頭環(huán)境等問(wèn)題，通常采用光纖以太網(wǎng)通訊，以確保系統(tǒng)通訊的穩(wěn)定性。

三、通過(guò)智能計(jì)量表進(jìn)行控制

早期這種控制方式應(yīng)用較少，若新建碼頭設(shè)計(jì)中供電點(diǎn)相對(duì)集中可優(yōu)先配置電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)，每桿高桿燈均配置智能表計(jì)，可實(shí)現(xiàn)電流、電壓、有功計(jì)量、無(wú)功計(jì)量，并且配置多路開(kāi)關(guān)量信號(hào)用于高桿燈開(kāi)關(guān)。智能表計(jì)利用RS485或以太網(wǎng)通訊接口，可以將電流、電壓、有功計(jì)量、無(wú)功計(jì)量等信息上傳至調(diào)度室，還可以接受調(diào)度室下發(fā)的遙控開(kāi)關(guān)燈指令，通過(guò)調(diào)度室的監(jiān)控軟件，可以實(shí)現(xiàn)高桿燈的定時(shí)控制、批量控制等，同時(shí)也可以為能源統(tǒng)計(jì)提供必要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。這種方式將電力監(jiān)控與高桿燈只能控制合二為一，經(jīng)濟(jì)安全、可靠的。但需要從碼頭設(shè)計(jì)建設(shè)初期就考慮該問(wèn)題，場(chǎng)地過(guò)大必然面臨建設(shè)成本增加，經(jīng)濟(jì)性降低。且后期改造比較困難。

四、無(wú)線控制方式

伴隨港口建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，港區(qū)堆場(chǎng)面積越來(lái)越大，配套的高桿燈及其他照明設(shè)施的數(shù)量也相應(yīng)增加，需要一個(gè)自動(dòng)化的、科學(xué)的管理方式和系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行管理和控制。那么無(wú)線照明管理系統(tǒng)將是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。采用遠(yuǎn)距離無(wú)線通信技術(shù)，將人機(jī)操作界面和遠(yuǎn)程控制環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高桿燈的遠(yuǎn)距離無(wú)線控制。通過(guò)高桿燈無(wú)線智能控制系統(tǒng)，合理組合開(kāi)啟燈具數(shù)量和安排開(kāi)啟時(shí)間，智能調(diào)光，以達(dá)到高效節(jié)能、安全運(yùn)行的良好效果。同時(shí)通過(guò)集成檢測(cè)模塊，將燈桿信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)秸{(diào)度室監(jiān)控系統(tǒng)上，可實(shí)時(shí)查詢和導(dǎo)出數(shù)據(jù)功能。加強(qiáng)能源監(jiān)控（見(jiàn)圖1）。

圖1 無(wú)線控制系統(tǒng)原理示意圖

該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可用于無(wú)法滿足PLC控制和智能表計(jì)的碼頭高桿燈集中控制系統(tǒng)建設(shè)和改造。無(wú)需鋪設(shè)專(zhuān)用控制電纜，通過(guò)中繼發(fā)射器可不受距離和數(shù)量限制的擴(kuò)展控制點(diǎn)數(shù)量，甚至可擴(kuò)展到設(shè)備或辦公區(qū)域。若采用系統(tǒng)獨(dú)立無(wú)線組網(wǎng)，使用階段無(wú)任何后期費(fèi)用產(chǎn)生。信號(hào)穩(wěn)定，抗干擾性強(qiáng)，便于管理與維護(hù)，無(wú)需借助第三方資源進(jìn)行維護(hù)（見(jiàn)圖2）。

圖2

應(yīng)用實(shí)例是兩個(gè)公司整合前控制系統(tǒng)采用了多地PLC站集中控制，PLC站到每桿高桿燈采用控制電纜和接觸器直接控制開(kāi)關(guān)燈，通過(guò)組態(tài)王軟件進(jìn)行開(kāi)關(guān)燈控制。兩個(gè)公司整合后，由于PLC控制系統(tǒng)自身所限，兩個(gè)高桿燈控制系統(tǒng)無(wú)法整合到一起，控制十分不便，同時(shí)由于設(shè)備硬件及線路老化這兩套PLC控制系統(tǒng)逐漸停用，之后公司采用了光敏元件加時(shí)間繼電器控制的方式對(duì)高桿燈進(jìn)行控制。但考慮到這兩種方式各自特點(diǎn)都無(wú)法滿足公司燈桿控制（按需開(kāi)關(guān)燈，電能實(shí)時(shí)監(jiān)控）的要求。為了更好地對(duì)高桿燈進(jìn)行管控，公司采用了無(wú)線控制方式進(jìn)行了改造。改造過(guò)程中有兩種備選方案，無(wú)線控制方式一是在原有的PLC站增加信號(hào)接收裝置，利用原有控制線路進(jìn)行控制這樣可以節(jié)省部分資金，但這樣電量計(jì)量依然需要定期到多處抄表，無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)能源管控不利（見(jiàn)圖3）。

圖3

第二種方式是進(jìn)行分布式無(wú)線控制方式，在每桿高桿燈上安裝無(wú)線控制監(jiān)測(cè)裝置，這樣可以將每桿高桿燈實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)回傳到控制室電腦。同時(shí)今后有新建高桿燈或相關(guān)需要控制的設(shè)備可隨時(shí)在系統(tǒng)中進(jìn)行擴(kuò)展增加。同時(shí)可擴(kuò)展手機(jī)APP功能，有權(quán)限的現(xiàn)場(chǎng)巡視人員可實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)區(qū)域照明進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而降低生產(chǎn)照明能耗（見(jiàn)圖4）。

通過(guò)改造后，某公司37桿高桿燈，采用了分布式無(wú)線控制。管理人員方便的對(duì)每個(gè)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行燈光調(diào)節(jié)，通過(guò)對(duì)管理人員考核加強(qiáng)節(jié)能意識(shí)，節(jié)省了大量能源。2018年改造前采用光、時(shí)控方式18年1-8月份電費(fèi)約46萬(wàn)元，2019年 改造后19年1-8月份電費(fèi)約37萬(wàn)元，節(jié)省電費(fèi)約9萬(wàn)元。按照計(jì)算全年約可節(jié)省電費(fèi)12-13萬(wàn)元。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，集中控制系統(tǒng)方式多種多樣，除了上述幾種方式外還有KNX總線方式、GPRS通訊方式等。隨著5G通訊技術(shù)的普及可以將現(xiàn)有的無(wú)線傳輸方式改成更加穩(wěn)定的5G數(shù)據(jù)通訊，能夠更加有效地實(shí)現(xiàn)高桿燈控制，能源管理等。并且該技術(shù)不僅可應(yīng)用于高桿燈控制，也可以應(yīng)用于更加廣泛的場(chǎng)所。在碼頭高桿燈控制系統(tǒng)的建設(shè)和改造中需要因地制宜的考慮采用何種方式，方便高桿燈控制，節(jié)約電能消耗，提高港口照明的管理水平。